package pri.zjy.array.binarySearch;

import java.util.Arrays;

/**
 * @author zhangjy
 * @description 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置
 * <p>
 * 给你一个按照非递减顺序排列的整数数组 nums，和一个目标值 target。请你找出给定目标值在数组中的开始位置和结束位置。
 * <p>
 * 如果数组中不存在目标值 target，返回 [-1, -1]。
 * <p>
 * 你必须设计并实现时间复杂度为 O(log n) 的算法解决此问题。
 * <p>
 * 提示：
 * <p>
 * 0 <= nums.length <= 105
 * <p>
 * -109 <= nums[i] <= 109
 * <p>
 * nums 是一个非递减数组
 * <p>
 * -109 <= target <= 109
 * <p>
 * @date 2025/3/14 10:29
 */
public class SearchRange_34 {

    public static void main(String[] args) {
        SearchRange_34 searchRange34 = new SearchRange_34();
        int[] nums = new int[]{5, 7, 7, 8, 8, 10};
//        int[] nums = new int[]{1, 1, 2};
        int target = 8;
//        int target = 1;
        Arrays.stream(searchRange34.searchRange(nums, target)).forEach(System.out::println);
        Arrays.stream(searchRange34.searchRange2(nums, target)).forEach(System.out::println);
        Arrays.stream(searchRange34.searchRange3(nums, target)).forEach(System.out::println);
    }

    /**
     * 个解：两次二分查找
     */
    public int[] searchRange4(int[] nums, int target) {
        // 两次二分查找，分别查第一和最后
        int start = binarySearch4(nums, target, 0);
        if (start == -1) return new int[]{-1, -1};
        int end = binarySearch4(nums, target, 1);

        return new int[]{start, end};
    }

    public int binarySearch4(int[] nums, int target, int flag) {
        int left = 0, right = nums.length - 1, res = -1;
        while (left <= right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if (nums[mid] < target) {
                // 偏小，left右移
                left = mid + 1;
            } else if (nums[mid] > target) {
                // 偏大，right左移
                right = right - 1;
            } else {
                // 找到后不直接返回，而是继续往指定方向二分，直到找不到
                res = mid;
                if (flag == 0) {
                    // 往左找
                    right--;
                } else {
                    // 往右找
                    left++;
                }
            }
        }

        return res;
    }

    /**
     * 个解：n次二分查找
     */
    public int[] searchRange3(int[] nums, int target) {
        // 先二分查找
        // 找不到，返回[-1,-1]；找到，开始找第一个和最后一个位置
        int index = binarySearch3(nums, target, 0, nums.length - 1);
        int start = index, end = index;
        // 找不到
        if (index == -1) return new int[]{-1,-1};

        // 找到，则开始找第一和最后一个位置
        // 找第一个位置
        int left = start;
        while (left != -1 && left > 0) {
            left = binarySearch3(nums, target, 0, left - 1);
            if (left != -1) start = left;
        }
        // 找最后一个位置
        int right = end;
        while (right != -1 && right < nums.length) {
            right = binarySearch3(nums, target, right + 1, nums.length - 1);
            if (right != -1) end = right;
        }

        return new int[]{start, end};
    }

    public int binarySearch3(int[] nums, int target, int startIndex, int endIndex) {
        int left = startIndex, right = endIndex;
        while (left <= right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if (nums[mid] < target) {
                // 偏小，left右移
                left = mid + 1;
            } else if (nums[mid] > target) {
                // 偏大，right左移
                right = right - 1;
            } else {
                return mid;
            }
        }
        // 没找到
        return -1;
    }

    /**
     * 参照官解和dmsxl：两次二分，分别查找左右边界；
     * <p>
     * 时间复杂度：T(n) = O(logn)；
     * <p>
     * 其中 n 为数组的长度；用到两次二分，每次二分的时间复杂度为O(logn)，所以总时间复杂度也是。
     * <p>
     * 空间复杂度：S(n)=O(1)
     * <p>
     * 找第一个first：
     * <p>
     * 1）target < mid，right右移，下一个要查找区间为[left, mid-1]；
     * <p>
     * 2）target > mid，left左移，下一个要查找区间为[mid+1, right]；
     * <p>
     * 3）target == mid，此时找到目标元素，但是这里要找first目标元素，根据二分法思想，若在mid前面还有元素等于target，一定在[left, mid-1]区间；
     * 所以要对[left, mid-1]这个新区间继续二分查找，而不是进行线性查找，这样才满足题目要求的logn时间复杂度。
     * <p>
     * 找最后一个last，同理：
     * <p>
     * 1）target < mid，right右移，下一个要查找区间为[left, mid-1]；
     * <p>
     * 2）target > mid，left左移，下一个要查找区间为[mid+1, right]；
     * <p>
     * 3）target == mid，此时找到目标元素，但是这里要找last，根据二分法思想，若在mid后面还有元素等于target，一定在[mid+1, right]区间；
     */
    public int[] searchRange2(int[] nums, int target) {
        int first = searchFirst(nums, target);
        if (first == -1) return new int[]{-1, -1};
        int last = searchLast(nums, target);
        return new int[]{first, last};
    }

    private int searchLast(int[] nums, int target) {
        int left = 0, right = nums.length - 1, mid;
        int last = -1;
        while (left <= right) {
            mid = left + (right - left) / 2;
            if (target < nums[mid]) {
                right = mid - 1;
            } else if (target > nums[mid]) {
                left = mid + 1;
            } else {
                // 找到目标元素
                last = mid;
                // 若还有元素等于target，一定在[mid+1, right]
                left = mid + 1;
            }
        }
        return last;
    }

    private int searchFirst(int[] nums, int target) {
        int left = 0, right = nums.length - 1, mid;
        int first = -1;
        while (left <= right) {
            mid = left + (right - left) / 2;
            if (target < nums[mid]) {
                right = mid - 1;
            } else if (target > nums[mid]) {
                left = mid + 1;
            } else {
                // 找到目标元素
                first = mid;
                // 若还有元素等于target，一定在[left, mid-1]
                right = mid - 1;
            }
        }
        return first;
    }

    /**
     * 个人解法：一次二分+遍历；（不满足题目对于时间复杂度的要求）
     * <p>
     * 二分找到后，分别遍历左右，从而得到左、右边界；
     * 不足：不符logn的时间复杂度要求，原因是二分查找找到元素后，开始线性查找，这里没有利用到数组有序，以及二分查找性质的特点
     * <p>
     * 时间复杂度：T(n) > O(logn)
     * 空间复杂度：S(n)=O(1)
     */
    public int[] searchRange(int[] nums, int target) {
        int left = 0, right = nums.length - 1, mid;
        while (left <= right) {
            mid = left + (right - left) / 2;
            if (target < nums[mid]) {
                right = mid - 1;
            } else if (target > nums[mid]) {
                left = mid + 1;
            } else {
                // 找到，但是要判断第一还是最后一个
                // 找最后一个
                for (int i = mid; i < nums.length; i++) {
                    if (target == nums[i]) right = i;
                    else break;
                }
                // 找第一个
                for (int i = mid; i >= 0; i--) {
                    if (target == nums[i]) left = i;
                    else break;
                }
                return new int[]{left, right};
            }
        }
        // 找不到
        return new int[]{-1, -1};
    }

}
